图文详解Go程序如何编译并运行起来的

目录

• Go程序是如何编译的
• 从hello RdrB1te开始
• Go 编译过程
• Go程序是如何运行起来的
• Go程序的入口？
• 总结

Go程序是如何编译的

从hello RdrB1te开始

package main  
  
import "fmt"  
  
func main() {  
   fmt.Println("hello RdrB1te")  
}

不实际编译它，只输出它的编译过程：

go build -n

简单的编译过程分析：

上面的过程确认了两个事情：

• Runtime会永远随着用户代码一起编译
• 在windows平台上编译出来了一个exe的可执行文件

Go 编译过程

词法分析

• 将源代码翻译成Token
• Token是代码中的最小语义结构（如变量名、关键字、运算符等不可拆分的最小单元）

句法分析

• Token序列经过处理，变成语法树

语义分析

• 类型检查
• 类型推断
• 查看类型是否匹配
• 函数调用内联
• 逃逸分析

中间码生成：

• 为了处理不同平台的差异，先生成中间代码（SSA）

查看从代码到中间码（SSA）生成的整个过程

$env:GOSSAFUNC="main" # windows powershell
export GOSSAFUNC=main # linux
go build

会看到如下输出：

用浏览器打开ssa.html文件：

sources就是你的源代码，AST就是生成的语法树，genssa就是生成的与平台无关的中间码SSA，当然中间还有很多的其它步骤，这里不再列举，可以点击展开查看

机器码生成：

• 先生成Plan9汇编代码（与平台相关）
• 最后编译为机器码
• 输出的机器码为.a文件

查看Plan9汇编代码

go build -gcflags -S main.go

链接：

• 将各个包进行链接，包括runtime，最终生成可执行文件

Go程序是如何运行起来的

Go程序的入口？

是下面的main方法吗？当然不是

func main() {  
   fmt.Println("hello RdrB1te")  
}

是runtime包下面的rt0_xxx.s文件，下面以Linux x86芯片架构上面运行的rt0_linux-amd64.s举例：

TEXT _rt0_amd64_linux(SB),NOSPLIT,$-8
	JMP	_rt0_amd64(SB)

只要用了x86芯片架构都要进入到_rt0_amd64这个方法中去，这个方法调到了哪里呢，选中双击shift，打开在文件中查找：找到下面这行

在asm_amd64.s这个文件中的这段代码：

TEXT _rt0_amd64(SB),NOSPLIT,$-8  
   MOVQ   0(SP), DI  // argc  
   LEAQ   8(SP), SI  // argv  
   JMP    runtime·rt0_go(SB)

意思是读取命令行参数，复制参数数量argc和参数值argv到栈上，然后调用了runtime·rt0_go这个方法，这方法的位置就在这个文件的下面：

TEXT runtime·rt0_go(SB),NOSPLIT|TOPFRAME,$0  
   // copy arguments forward on an even stack  
   MOVQ   DI, AX    // argc  
   MOVQ   SI, BX    // argv  
   SUBQ   $(5*8), SP    // 3args 2auto  
   ANDQ   $~15, SP  
   MOVQ   AX, 24(SP)  
   MOVQ   BX, 32(SP)  
  
   // create istack out of the given (operating system) stack.  
   // _cgo_init may update stackguard.   MOVQ   $runtime·g0(SB), DI

上面这段的意思时初始化g0执行栈，g0是为了调度协程而产生的协程，g0是每个Go程序的第一个协程。继续往下面看，找到下面这段：

	CALL	runtime·check(SB)

这行是第一次调用的go语言方法，要找到这个方法可以选中双击shift，找到下面这行：

进入：

func check(){

}

check方法主要是做运行时检测：

• 检查各种类型的长度
• 检查指针操作
• 检查结构体字段的偏移量
• 检查atomic原子操作
• 检查CAS操作
• 检查栈大小是否是2的幂次

继续往下看，可以通过Ctrl+Alt+左右箭头进行快速跳转回退或前进，退到这个位置：

CALL    runtime·check(SB)  
  
MOVL   24(SP), AX    // copy argc  
MOVL   AX, 0(SP)  
MOVQ   32(SP), AX    // copy argv  
MOVQ   AX, 8(SP)  
CALL   runtime·args(SB)  
CALL   runtime·osinit(SB)  
CALL   runtime·schedinit(SB)  
  
// create a new goroutine to start program  
MOVQ   $runtime·mainPC(SB), AX       // entry  
PUSHQ  AX  
CALL   runtime·newproc(SB)  
POPQ   AX

runtime·args(SB)：参数初始化runtime.args，对命令行中的参数进行处理，参数数量赋值给argc int32，参数值复制给argv **byteruntime·osinit：判断操作系统，执行相应的初始化组件，供调度器初始化所用
runtime·schedinit: 初始化Go调度器。初始化调度器会做哪些事情：

• 全局栈空间内存分配
• 加载命令行参数到 os.Args
• 堆内存空间的初始化
• 加载操作系统环境变量
• 初始化当前系统线程
• 垃圾回收器的参数初始化
• 算法初始化（map、hash）
• 设置 process 数量

继续往下看：

    // create a new goroutine to start program  
   MOVQ   $runtime·mainPC(SB), AX       // entry  
   PUSHQ  AX  
   CALL   runtime·newproc(SB)  
   POPQ   AX  
  
   // start this M  
   CALL   runtime·mstart(SB)  
  
   CALL   runtime·abort(SB)  // mstart should never return  
   RET  
  
// mainPC is a function value for runtime.main, to be passed to newproc.  
// The reference to runtime.main is made via ABIInternal, since the  
// actual function (not the ABI0 wrapper) is needed by newproc.  
DATA   runtime·mainPC+0(SB)/8,$runtime·main<ABIInternal>(SB)

MOVQ $runtime·mainPC(SB)：取mainPC的地址，这个mainPC的地址就是runtime·main这个方法的地址
CALL runtime·newproc：创建一个新的协程（主协程），执行runtime·main这个方法（主函数），放入调度器等待调度
CALL runtime·mstart(SB)：初始化一个M，用来调度主协程，主协程开始执行主函数。

看下runtime·main这个方法里面干了什么，选中双击shift，找到下面这行：

进入：

// The main goroutine.
func main() {  
   doInit(&runtime_inittask) // 执行runtime包中的init方法
   gcenable() // 启动GC垃圾回收器
   doInit(&main_inittask) //执行用户包依赖的init方法
   fn := main_main // 执行用户主函数main.mian() 
   fn()
}

按住ctrl进入main_main:

//go:linkname main_main main.main
func main_main()

主协程执行主函数：

• 执行runtime包中的init方法
• 启动GC垃圾回收器
• 执行用户包依赖的init方法
• 执行用户主函数main.mian()

总结

• Go启动时经历了检查、各种初始化、初始化协程调度的过程
• main.main()也是在协程中运行的